应力波反射法在锚杆无损检测中的应用

庹斌

1 引言

锚固技术已被世界各地的岩土工程中得到了广泛的应用，在岩土工程中的锚固技术，岩土可以充分挖掘能量，称为岩土体的自身强度和承载力，降低结构的自重，节约工程材料，具有显著的经济效益，保证建设工程安全稳定，如此迅速广泛应用。锚碇锚固工程不仅复杂，而且隐蔽性高。很难发现质量问题，处理这一事故更为困难。因此，锚杆无损检测是整个锚固工程不可缺少的组成部分。在锚杆施工过程中发现和发现质量缺陷是控制锚杆质量的有效途径，以消除锚杆隐患。目前，该领域的理论研究和工程应用得到了很大的发展。然而，螺栓无损检测是一项非常复杂的系统工程。理论和实践中还有许多问题需要研究。

2 应力波反射法应用于锚杆无损检测中的原理

锚杆质量检测是利用应力波反射法来实现的，其主要原理是一维的波，是近似弹性杆嵌在岩石的一维结构的锚杆和混凝土砂浆的混合物，和轴向位移是一个纵向坐标和时间的锚这两个变量的函数，使用两一阶方程来表达，如图1所示。应力波又通过锚杆传播。当波阻抗表面发生变化时，会产生相应的透射和反射现象。并通过一维弹性杆的波动理论推导出透射系数KR和反射系数KT。

图1 锚杆的质量检测

上式中：U是质点振动的位移函数；C是锚杆的纵波速度；T是时间；Y是位移的纵向坐标。

3 应力波反射法检测锚杆锚固质量

3.1 应力波在锚杆中的传播规律

从锚杆应力波发射螺栓底端逐渐蔓延的过程中，当应力波传播和界面波阻抗的变化，能量会立即重新分配，一部分能量通过接口向前传播，这部分被称为透射波；而另一部分的能量将直接反射回原介质，这一部分被称为反射波。应力波反射法在无损检测中的应用是利用反射波的振幅和相位特性以及相应的传播时间，间接确定锚杆长度、缺陷位置和缺陷程度。

3.2 应力波在锚杆锚固体系中的衰减机制

应力波在锚固系统中逐渐传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐减弱。这种衰减现象称为应力波的能量衰减。实验表明，不同的介质、不同的传播条件和不同的波形有不同的衰减系数。应力波的衰减机制非常复杂。复杂结构的相关介质分析比较困难。通常，衰减程度由测量结果直接评价。在应力波的实际传播过程中，能量衰减主要分为三种形式：扩散衰减、散射衰减和吸收衰减。

4 应力波反射法在锚杆无损检测中的应用

锚杆无损检测技术做为一项锚固工程建设中的不可缺少的测量手段，对其要求也是十分高的。不仅要求具有准确的检测结果，同时，它还需要有能力及时发现问题。因此，为了更深入地理解和应用锚杆检测技术，有必要对锚杆支护技术进行全方位的认识。锚杆无损检测技术是对锚杆施工过程中的实时跟踪检测，以便及时发现故障，及时改正和改进。

锚杆质量检测是利用应力波反射法来实现的，其主要原理是一维的波，是锚杆和混凝土砂浆混合成近似的弹性杆嵌入岩石中的一维结构，和轴向位移是一个纵向坐标和时间这两个变量的锚固作用，使用两一阶方程来表达，当材料的弹性波阻抗为更小的物体大，螺栓接口会产生反射，反射波与入射波的相位是相同的。另一方面，当弹性波从一个阻抗较小的材料转移到一个较大的物质时，界面产生的反射波与入射波的相位相反。

另一方面，锚注的饱满度与诸多因素有关，锚、砂浆、砂浆、围岩、砂浆的粘结度等都是重要的影响因素。不同种类的波振和振波接受方式有着不同的波形特征、频率以及衰减度的特点，通过对这些数据研究分析之后我们可以从中掌握到锚杆内部的注浆饱满情况。通常情况下，如果螺栓有高的丰满度，检测波形较规则，反射的杂波小，频率高，相对振幅小，衰减快。因此，反过来看。如果锚杆内注浆饱满度不够，则可以通过对反射时加以测量和计算，然后得出锚杆内缺陷的位置以及缺陷长度，还可以算出锚杆内部具体注浆情况。

对锚杆无损检测技术的应用，在过边坡施工过程中，测量分析研究边坡支护、锚杆支护技术的广泛应用对岩体稳定性的保护措施，挖掘，锚杆的质量直接影响着施工安全和施工进度。对于锚杆施工质量，应从多方面、多角度进行考虑。综合分析具体的原因。通过模拟的手段，对工程岩石体进行试验，得到一些各种质量问题的一些标准锚杆模型，然后在做好逐一的测量记录研究之后，得出最为恰当的适合无损检测技术系统，同时做好安全性的全面检测，保证施工的质量安全。

在试验中，首先要测量锚杆的标准波速和振幅。根据锚杆反射波的传播时间波形确定锚杆注浆质量，确定锚杆弹性应力波在不同介质中的纵向应力速度。当对裸钢进行测试时，可以将螺栓抛向空中。选用一些隔声效果明显的材料使锚杆与其他的介质分离，另一方面使震源和检测波速仪器放到锚杆的这一边。有必要通过类似锤击的手段来测试波速在钢筋里面的传播情况及规律，测得的曲线在杆端形成清晰可见的反射波，传播方式基本上与第一次播种相同。结果表明，波的传播形式基本上是直线，即当钢筋周围的介质均匀时，没有出现反射现象。

5 结束语

目前，锚杆质量无损检测技术的研究已成为工程设计、施工和工程检测过程中的一个热点问题，充分体现了应力波反射法在工程中的作用、地位和应用前景。用应力波反射法检测锚杆锚固质量是一种非常实用、有效的无损检测方法。但由于锚固系统具有很强的复杂性，应力波在锚杆锚固系统中的传播并不十分清楚，应力波反射法也存在一定的局限性。因此，将应力波反射法与其他先进的信号分析技术相结合。对锚杆锚固无损检测研究过程中一个非常重要的发展方向。

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